Capitulo I

Planteamiento del Problema

CAPITULO I

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

La contaminación del agua es un problema local, regional y mundial. El crecimiento

demográfico, la industrialización y la concentración urbana, contribuyen a lo que es una amenaza

para el hombre contemporáneo, el deterioro de su medio ambiente. Desde su origen, los grupos

humanos se establecieron en las cercanías de los ríos, lagos o áreas costeras, por su dependencia

vital del medio acuático, provocando así los primeros indicios del deterioro de la calidad del agua

y evidenciando la contaminación.

El agua se ha convertido en nuestros días en uno de los elemento de la naturaleza que requiere

del cuidado por parte de todos los individuos tanto por su uso como por su vital importancia para

la existencia. Sólo una pequeña proporción de toda el agua existente en nuestro planeta está

conformada por agua dulce, que es la que se utiliza para el consumo humano, y esta pequeña

cantidad está siendo amenazada en virtud de la contaminación acelerada. El agua es necesaria

para el buen funcionamiento de la biosfera y vital para los sectores económicos y sociales.

(El Ministerio del Ambiente, 2001 de la República de Colombia) sostiene que la cantidad de

agua en el planeta alcanza 1.385 Km3 y menos de 3% de ésta es agua dulce, que en parte es

difícil aprovecharla por su situación, toda vez que sólo el agua dulce superficial alcanza 0,3%. La

distribución per cápita del agua en el mundo es muy irregular, por ejemplo, países como China,

que posee 20% de la población mundial, sólo cuenta con 8% de agua dulce disponible en el

mundo.

En Venezuela la mayor parte de la población y gran parte de la actividad industrial se

encuentra ubicada en regiones con pocas fuentes naturales de agua. La conservación de los

recursos existentes es de vital importancia, sin embargo la falta de políticas de conservación y

uso eficiente son tan culpables de la escasez de agua como su contaminación.

Además, el exceso de consumo, como lo son la extracción de petróleo, el procesamiento de

alimentos, las industrias textiles y las industrias pesadas de hierro y aluminio, son y han sido

actividades productivas altamente contaminantes en nuestro país. Los sistemas de tratamiento de

desechos han sido implantados solo de manera parcial. Sin embargo, aun cuando se instalasen los

debidos sistemas de tratamiento de agua, hay contaminación acumulada de muchos años que

debe ser tratada con mayores esfuerzos tecnológicos.

Por años, la actividad humana ha provocado daños al medio ambiente que, en algunos casos,

son reparables, pero, en otros, es imposible su recuperación. Las políticas ambientales no se han

concentrado en atacar los problemas relacionados con las causas del deterioro ambiental para

emprender las acciones correctivas.

Una problemática de gran impacto son los severos contaminantes del Lago de Maracaibo, ya

que las aguas residuales domesticas e industriales son contaminantes que van directamente al

cuerpo lacustre y a los ríos, cargadas de microbios capaces de transmitir enfermedades al hombre,

tales como diarrea, hepatitis y gastroenteritis.

Por otra parte, una fuente de gran contaminación para las aguas del Lago de Maracaibo

procede, sin lugar a dudas, de las aguas residuales industriales y demás desechos tóxicos que, por

percolación, llegan al lago, procedentes de la industria petroquímica (complejo industrial El

Tablazo); se reporta la grave contaminación por mercurio, soda cáustica y otras sustancias

tóxicas.

La existencia de cochineras, polleras y mataderos que botan sus desperdicios en el lago son

una fuente permanente de contaminación orgánica que al descomponerse sirven de alimentos a

las bacterias, las cuales utilizan el oxígeno disuelto en el agua y oxidan la materia orgánica. El

producto de la descomposición bacterial es dióxido de carbono, nitrato y fosfato. Estos elementos

sirven a su vez de alimentos a las algas produciendo un crecimiento explosivo en las mismas. Las

algas absorben el oxígeno disuelto del agua y dejan a los demás seres vivos sin oxígeno,

provocando mortandad de peces con efectos perjudiciales y fuertemente contaminantes.

El Complejo Petroquímico el Tablazo también arroja considerables cantidades de compuestos

nitrogenados, de mercurio y fenol, lo que viene a agregar otros elementos de contaminación a las

aguas del lago.

La contaminación producida por esas aguas puede evitarse con las plantas de tratamiento de

aguas residuales domesticas e industriales, concebidas para limpiar líquidos, reducir su carga

microbiana y eliminar los residuos tóxicos con el objetivo de que puedan ser reutilizados en riego

o vertidos en el lago sin contaminarlo. Visto así, el problema parece sencillo, pero en la cuenca

existen pocas instalaciones para desinfectar las aguas. Sin embargo, día a día crece el interés por

preservar el Lago.

(El Instituto de Control y la Conservación del Lago de Maracaibo, ICLAM, articulo 7 de su

ley de creación, de fecha 28 de diciembre de 1981) “Promover, planificar, investigar y ejecutar

directamente o a través de otros organismos, los planes programas y proyectos de ingeniería…”.

Atendiendo a estos preceptos el instituto ha construido desde 1986 cinco plantas de tratamiento

de aguas residuales del tipo Lodos Activados”.

En vista a todo lo expuesto y hacia la búsqueda de evaluar con más detalle el impacto que

tiene la contaminación presente en el Lago de Maracaibo, es que nuestra investigación va dirigida

a evaluar la efectividad de los Procesos físico-químicos para el tratamiento de las aguas del lago

de Maracaibo.

1.1 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.

- ¿De que manera determinar el grado de Contaminación en el lago de Maracaibo?

- ¿Como evaluar la eficiencia los procesos Físicos y Químicos que se pueden aplicar al

Lago de Maracaibo para su tratamiento?

1.2 OBJETIVOS

General.

Evaluar la efectividad de los procesos físicos-químicos para el tratamiento de las aguas del Lago

de Maracaibo.

Especifico.

- Determinar el grado de contaminación de las aguas que puedan aplicarse al Lago de

Maracaibo.

- Identificar los procesos físicos para el tratamiento de las aguas que puedan aplicarse al Lago

de Maracaibo.

- Identificar los procesos químicos para el tratamiento de las aguas que puedan aplicarse al

Lago de Maracaibo.

1.3 JUSTIFICACIÓN

Un sistema integrado de tratamiento y uso de las aguas residuales de la ciudad de Maracaibo

podría contribuir a solucionar los principales problemas ambientales, de salud y

socioeconómicos, ocasionados por el actual manejo de sus aguas residuales domésticas. La razón

principal es que las aguas servidas sin tratamiento de la población de la ciudad (Municipio

Maracaibo y San Francisco) son vertidas al lago de Maracaibo, lo cual ocasiona un proceso de

contaminación.

El reúso de aguas tratadas para riego agrícola permitirá:

Disminución en los costos de producción por concepto de fertilización debido el alto

contenido de macronutrientes de estas aguas tratadas.

Conservación de los acuíferos subterráneos existente en la zona.

Esto además disminuiría los conflictos generados actualmente por la concurrencia del sector

urbano en la utilización de estos pozos, los cuales abastecen al sur de la ciudad.

En resumen, un sistema integrado de tratamiento y uso de aguas residuales generará un

impacto en la calidad de vida de los habitantes de la ciudad de Maracaibo en el plano económico

y social, a través de la disminución de los riesgos ambientales y el impulso del desarrollo agrícola

integrado de la región.

El tratamiento de aguas residuales si se planifica y gestiona de una forma adecuada produce

grandes beneficios, de gran importancia para el medio ambiente, y el contexto social. Estos

efectos positivos ayudan a reducir el impacto en el ambiente, así como, favorece a la

conservación de este recurso tan importante como lo es el agua, ya que se reutiliza.

La eliminación de contaminantes del agua puede resultarnos de gran utilidad en diversos

casos, como lo son:

Evitar el agotamiento del oxígeno que produce la contaminación en el agua.

Protección de la fauna y flora.

En los ríos se deposita una menor cantidad de materia orgánica.

Se conservan los espacios ecológicos y se mantiene la capacidad de reproducción del

ecosistema.

Con el fin de perjudicar lo menos posible al medio ambiente. Así mismo nos es de gran

importancia en la cotidianidad ya que ayuda a proteger la Salud Pública, para evitar

enfermedades causadas por bacterias y virus en las personas que entran en contacto con esas

aguas. También el agua tratada puede utilizarse para regar zonas verdes.

La función del tratamiento de las aguas residuales será el garantizar que no existirán efectos

nocivos a la salud por entrar en contacto con el agua tratada en las actividades antes descritas.

Este tipo de objetivos involucran tratamientos de mayor nivel, que generalmente involucran la

implementación de las mejores tecnologías y las calidades logradas son casi tan buenas como las

generadas para el agua potable.

1.4 DELIMITACIÓN

Esta Investigación se lleva a cabo en la Universidad del Zulia-Facultad Experimental de

Ciencias, en un periodo que va desde abril a julio del 2011, la misma se aplicara en el Lago de

Maracaibo, ubicado en el estado Zulia-Municipio Maracaibo.

Capitulo II

Marco Teórico

CAPITULO II

MARCO TEÓRICO

2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION.

Hernández-Sancho, F. Del Saz, S. Sala, R. (2007). Eficiencia técnica y estacionalidad

en los procesos de tratamiento de aguas residuales. Objetivo, Aportar un mayor

conocimiento sobre los efectos de la estacionalidad en los procesos de

tratamiento de aguas residuales. Investigación descriptiva – experimental.

Población y Muestra, La información estadística utilizada en este trabajo

corresponde a una muestra de 53 plantas de tratamiento de aguas

residuales situadas en la Comunidad Valenciana, todas ellas con una

capacidad de tratamiento superior a 500.000 metros cúbicos anuales. Se ha

tratado de encontrar una cierta homogeneidad en el tamaño de las plantas

con el fin de evitar los efectos de esta variable sobre los niveles de

eficiencia§. En cada una de las instalaciones se lleva a cabo un proceso caracterizado por

la presencia de un output, residuos extraídos del agua (y) 1 y de cinco inputs: costes de energía

(x) 1, costes de personal (x) 2, costes de mantenimiento (x) 3, coste de gestión de residuos ( ) 4 x

y, otros costes ( ). Método, utiliza una metodología basada en el cálculo de

índices de eficiencia incorporando un análisis de tolerancias. Mediante el uso

de estos indicadores se aborda un estudio empírico sobre una muestra de

plantas depuradoras ubicadas en la Comunidad Valenciana. Se analiza el

comportamiento diferencial entre aquellas plantas situadas en la costa y, por

tanto, con una mayor influencia de la estacionalidad de los caudales, frente

a las localizadas en zonas menos afectadas por esta variabilidad en los

flujos. Del análisis comparativo entre ambos grupos se logra cuantificar el

efecto negativo de la estacionalidad en términos de pérdida de eficiencia

sobre todo en aquellas plantas ubicadas en las zonas de costa más turísticas.

Los resultados alcanzados en el marco del primer escenario se concretan en

un valor medio de eficiencia del 0,9695 lo que representa un considerable

incremento con respecto al índice obtenido con anterioridad. Además, el

número de plantas consideradas como eficientes pasa a ser de 25, es decir,

5 veces superior al existente según el modelo sin tolerancias. Aunque se

constata de nuevo la influencia de la estacionalidad quizás resulta más

significativo la comparación entre escenarios ya que si aplicamos una

variabilidad del 20 por ciento, según se describe en el segundo escenario, los

valores alcanzados no se alteran con respecto al primer caso. De ello podría

deducirse un efecto de la estacionalidad bastante similar sobre las plantas

de la zona costera, algo ciertamente razonable si tenemos en cuenta la

información conocida sobre el funcionamiento de las distintas instalaciones

en las áreas de la costa. Conclusiones, el cálculo de indicadores de eficiencia

asociados a los procesos de tratamiento se muestra como un procedimiento

muy útil a la hora de optimizar el funcionamiento de las plantas

depuradoras. A partir de una metodología Data Envelopment Analysis (DEA) y

mediante el uso de técnicas de programación matemática se obtiene un

índice de eficiencia para cada planta fijándose como objetivo la minimización

del conjunto de los inputs utilizados en el proceso de tratamiento. A pesar de

la indudable utilidad de esta metodología se requiere su adaptación alas

necesidades específicas de las sistemas de depuración. Uno de los factores

que, a priori, repercute en el comportamiento eficiente de los procesos de

tratamiento es la stacionalidad en los caudales. Esta situación se muestra

especialmente relevante en el ámbito costero debido a la influencia del

turismo sobre todo en el periodo estival. Una elevada variabilidad en los

volúmenes de tratamiento puede ocasionar importantes problemas en el

funcionamiento de la planta además de generar ineficiencias en el uso de las

instalaciones disponibles.

Sánchez Lavado, F (2007). Tratamientos combinados físico-químicos y de oxidación para

la depuración de aguas residuales de la industria corchera. Investigación, Descriptiva –

Experimental. Población y Muestra, Para los experimentos de coagulación y coagulación-

floculación, se procedió a la búsqueda de las condiciones óptimas de operación para el proceso,

mediante el ensayo de jarras o jar-test. Para ello, se utilizaron aguas con distinta concentración

de materia orgánica, cuya contaminación oscilaba según el número de calderadas. Con este

método, se realizaron una serie de ensayos para la determinación de la dosis óptima de

coagulante (cloruro férrico y sulfato de aluminio), floculante y de otros parámetros como la

velocidad de agitación, tiempo de mezcla, temperatura y pH. Método, a partir de los ensayos de

laboratorio, se han buscado las condiciones de tratamiento óptimas de cada uno de los procesos.

Resultados, se han estudiado los procesos físico-químicos (coagulación, floculación y

sedimentación), los tratamientos de oxidación química (ozono y reactivo de Fenton) y el proceso

de adsorción con carbón activo. Como primera medida, antes de aplicar cualquier tratamiento, el

autor realizó la caracterización de las aguas residuales de distintos grados de contaminación,

cuantificando todos los parámetros físico-químicos fundamentales (pH, conductividad,

alcalinidad, sólidos totales, cloruros, aromaticidad, polifenoles totales, DQO, DBO5). Una vez

caracterizadas las aguas residuales a tratar, en una segunda fase se aplicaron por separado los

tratamientos individuales (coagulación, coagulación-floculación, ozono y reactivo de Fenton)

para eliminar la materia orgánica. Conclusión, se realizó una comparación de los procesos

estudiados con el fin de establecer la secuencia de tratamientos óptima para la depuración del

agua residual utilizada en la presente investigación, que ayude a mejorar las condiciones de las

aguas residuales de la industria corchera.

Escobar, J. (2003). Tratamiento Primario Avanzado (TPA) de aguas Residuales –

Diagramas de Coagulación – Floculación y Variables Operativas. Objetivo, la tratabilidad del

agua residual afluente a la planta de Cañaveralejo mediante la utilización de diagramas de

coagulación–floculación. Investigación Explicativa – Experimental. Población y Muestra, La

Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de Cañaveralejo (PTAR – C) de la ciudad de Cali

(Colombia). Método, mediante ensayos a escala de laboratorio, fue evaluada la tratabilidad del

agua residual afluente a la planta mediante la utilización de diagramas de coagulación–

floculación. Se realizó un estudio para seleccionar las dosis óptimas de coagulante (FeCl3) y

ayudante de floculación para los diferentes rangos de calidad de aguas residuales, utilizando para

ello los ensayos de jarras; además, se llevaron a cabo ensayos a escala real, adicionando el

coagulante diluido en la voluta de una de las bombas de la estación de bombeo de Cañaveralejo,

para observar la influencia de la dilución del coagulante y polímero, y del gradiente de mezcla.

Resultados, En los ensayos a escala real (G>1000 s-1 y dilución del 5%) con dosis promedio de

16 mg/L, se obtuvieron remociones entre 37 y 49% de turbiedad, 38 y 48% de DQO y 60 y 71%

de SST, alcanzándose un buen desempeño del proceso en la remoción de estos parámetros.

Conclusiones, Los diagramas de coagulación – floculación mostraron la ocurrencia de dos

mecanismos de coagulación, adsorción-neutralización y barrido. Como el mecanismo de barrido

se presenta en el rango de pH en el que habitualmente se encuentra el afluente a la planta, se

evita el uso y consumo adicional de productos químicos para modificar el pH del agua, con el

consecuente incremento de los costos de operación de la planta de tratamiento. Es importante

aclarar que en los ensayos de jarras se tuvieron condiciones de mezcla rápida y mezcla lenta

apropiadas; sin embargo, el gradiente de mezcla rápida en la PTAR – C en el punto de

dosificación del FeCl3 es de apenas 117.5 s-1, el cual puede ser considerado inapropiado.

2.2 BASES TEORICAS.

Determinación del Grado de contaminación de las Aguas.

Métodos Biológicos de Evaluación de Calidad del Agua.

Aun cuando la contaminación del agua es ante todo un problema biológico, muchos países

han dependido esencialmente de parámetros físico-químicos para evaluar la calidad del agua.

Para ello, se han desarrollado numerosos métodos e índices que tratan de interpretar la situación

real, o grado de alteración de los sistemas acuáticos. Unos se basan exclusivamente en análisis de

las condiciones químicas, que si bien “en principio” son de una gran precisión, son testigos, de

las condiciones instantáneas de las aguas, y los efectos de los contaminantes se detectan si son

dispuestos en el momento. Es decir, los resultados son puntuales en la dimensión cronológica y

no revelan mucho de la evolución de una carga contaminante y la capacidad resiliente y

amortiguadora de los ecosistemas acuáticos. (Toro, et. al. 2003)

Los llamados índices biológicos informan de la situación tanto momentánea como de lo

acontecido algún tiempo antes de la toma de muestras, es decir, es como tener información del

presente y pasado de lo que esta sucediendo en las aguas (Alba-Tercedor, 1988).

Tomando en cuenta a los organismos como indicadores de contaminación o polución se

pueden distinguir algunos métodos biológicos para evaluar la calidad del agua, estos son:

a) Métodos ecológicos

Se entiende por comunidad biológica al conjunto de especies que conforman un hábitat o

ecosistema. La diversidad de una comunidad esta en función del numero de especies e individuos

por especie. A menudo, la distribución de los individuos dentro las especies sigue un patrón

definido que consiste en que pocas especies están representados por muchos individuos mientras

que muchas especies están representados por pocos individuos y algunas especies son raras; se ha

observado este patrón en muchas comunidades naturales.

Red de Control Biológico:

Existen diferentes índices biológicos, que no son sino extrapolaciones a una escala

numérica de la información obtenida en base a este estudio de la composición y dominancia de

especies. El índice IBMWP (Iberian Biological Monitoring Working Party, está basado en la

identificación de familias de macroinvertebrados bénticos (que habitan el bentos o lecho del río).

En este grupo se incluyen aquellos organismos que en sus últimos estados larvarios alcanzan un

tamaño igual o superior a 3 mm y que pertenecen a los siguientes taxones:

* Insecta (Plecoptera, Ephemeroptera, Trichoptera, Coleoptera, Megaloptera,Heteroptera,

Odonata y Diptera)

* Crustacea (Amphipoda, Isopoda y Decapoda)

* Aracnida (Hydracarina)

* Mollusca (Gastropoda y Bivalvia)

A cada una de estas familias se le da un valor comprendido entre 1 y 10. El valor de 1

comprende a familias que tienen sus hábitats en aguas muy contaminadas y el valor de 10 a

familias que no toleran la contaminación. La suma de los valores obtenidos para cada familia en

un punto nos dará el grado de contaminación del punto estudiado.

Los criterios de calidades que se siguen para valorar el resultado numérico obtenido para

el índice se resumen en la tabla siguiente:

Clase de Calidad Puntuación Índice BMWP

Muy buena >150

Buena 101 – 150

Aceptable 61 – 100

Deficiente 36 - 60

Mala < 36

b) Métodos fisiológicos y bioquímicos

Son métodos basados en respuestas fisiológicas o bioquímicas de los organismos a un

determinado ambiente. Los más usados son:

• Producción y consumo de oxigeno por las comunidades naturales existentes en el cuerpo de

agua.

• Respiración y crecimiento de organismos suspendidos en el agua.

• Estudios sobre efectos de las enzimas.

• Evaluación de los efectos tóxicos o benéficos de muestras sobre organismos en condiciones

definidas de laboratorio (eco toxicidad o bioensayos).

• Evaluación de los efectos de las aguas y efluentes sobre organismos definidos.

• Análisis de la clorofila por métodos colorimetritos o espectro fotométricos.

Los indicadores bioquímicos de estrés ambiental en macroinvertebrados bentónicos caen

en las siguientes categorías: a) metabolismo energético, b )actividades enzimáticas, contenido de

ARN, ADN, aminoácidos y proteínas, y d) regulación de iones. La mayoría de los estudios se han

realizado en la regulación de iones en los macroinvertebrados, especialmente en lo que concierne

al estrés acido, así, en el cangrejo de rió las concentraciones de Na+ y Cl- en la hemolinfa

decrece en respuesta al estrés acido, mientras que las concentraciones de Ca++ se incrementan,

una similar respuesta se ha observado en bivalvos.

c) Bioacumulación

El termino indicador “bioacumulativo” se usa para enfatizar la diferencia entre un

indicador ecológico y un indicador de polución, la presencia o ausencia de quienes dan una

indicación del hábitat o calidad ambiental, y aquellos organismos que acumulan contaminantes de

sus alrededores o a través de sus alimentos o ambos, los almacenan en sus cuerpos, de manera

que cuando los tejidos se analizan, se puede estimar las concentraciones de esas substancias en el

ambiente (Hellawell, 1986). Los estudios sobre esta forma de bioindicación pueden realizarse

basándose en:

• Bioacumulación de sustancia en los tejidos de los organismos que viven en el ambiente

(monitoreo pasivo).

• Bioacumulación de sustancias en los tejidos de los organismos deliberadamente expuestos al

ambiente (monitoreo activo).

• Observación de cambios histológicos y morfológicos.

• Pruebas de desarrollo embriológico de etapas iniciales de vida.

Procesos Físicos para el Tratamiento de las Aguas.

Sedimentación

Consiste en la separación, por la acción de la gravedad, de las partículas suspendidas cuyo

peso específico es mayor que el del agua. Es una de las operaciones unitarias más utilizadas en el

tratamiento de las aguas residuales. Los términos sedimentación y decantación se utilizan

indistintamente. Esta operación se emplea para la eliminación de arenas, de la materia en

suspensión en flóculo bilógico en los decantadores secundarios en los procesos de fango

activado, tanques de decantación primaria, de los flóculos químicos cuando se emplea la

coagulación química, y para la concentración de sólidos en los espesadores de fango.

En la mayoría de los casos, el objetivo principal es la obtención de un efluente clarificado,

pero también es necesario producir un fango cuya concentración de sólidos permita su fácil

tratamiento y manejo. En el proyecto de tanques de sedimentación, es preciso prestar atención

tanto a la obtención de un efluente clarificado como a la producción de un fango concentrado.

En función de la concentración y de la tendencia a la interacción de las partículas, se pueden

producir cuatro tipos de sedimentación: discreta, floculenta, retardada (también llamada zonal), y

por compresión.

Tipos de sedimentación que intervienen en el tratamiento del agua residual

Tipo de fenómeno de sedimentacion

Descripción Aplicación/Situaciones en que se presenta

De partículas discretas(Tipo 1)

Se refiere a la sedimentación de partículas en una suspensión con baja concentración de sólidos. Las partículas sedimentan como entidades individuales y no existe interacción sustancial con las partículas vecinas.Se refiere a una suspensión bastante diluida de

Eliminación de las arenas del agua residual.

Floculenta(Tipo 2)

partículas que se agregan, o floculan, durante el proceso de sedimentación. Al unirse, las partículas aumentan de masa y sedimentan a mayor velocidad.

Fliminación de una fracción de los sólidos en suspensión del agua residual bruta en los tanques de sedimentación primaria, y en la zona superior de los decantado-res secundarios. También elimina los flóculos químicos de los tanques de sedimentación.

Retardada, también llamada zonal(Tipo 3)

Se refiere a suspensiones de concentración intermedia, en las que las fuerzas entre partículas son suficientes para entorpecer la sedimentación de las partículas vecinas. Las partículas tienden a permanecer en posiciones relativas fijas, y la masa de partículas sedimenta como una unidad. Se desarrolla una interfase sólido-líquido en la parte superior de la masa

Se presenta en los tanques de sedimentación secundaria empleados en las instalaciones de tratamiento biológico.

que sedimenta.

Compresión (Tipo 4)

Se refiere a la sedimentación en la que las partículas están concentradas de tal manera que se forma una estructura, y la sedimentación sólo puede tener lugar como consecuencia de la compresión de esta estructura. La compresión se produce por el peso de las partículas, que se van añadiendo constantemente a la estructura por sedimentación desde el líquido sobrenadante.

Generalmente, se produce en las capas inferiores de una masa de fango de gran espesor, tal como ocurre en el fondo de los decantado-res secundarios profundos y en las instalaciones de espesamiento de fangos.

Mezclado

El mezclado es una operación unitaria de gran importancia en muchas fases del tratamiento de aguas

residuales, entre las que podemos citar:

1. Mezcla completa de una sustancia con otra

2. Mezcla de suspensiones líquidas

3. Mezcla de líquidos miscibles

4. Floculación

5. Transferencia

Descripción y aplicación

La mayoría de las operaciones de mezclado relacionadas con el tratamiento de las aguas

residuales puede clasificarse en continuas y rápidas continuas (30 segundos o menos). Estas

últimas suelen emplearse en los casos en los que debe mezclarse una sustancia con otra, mientras

que las primeras tienen su aplicación en aquellos casos en los que debe mantenerse en suspensión

el contenido del reactor o del depósito. En los siguientes apartados se analiza cada uno de estos

tipos de mezclado.

Mezcla continua en reactores y tanques de retención.

En el proceso de mezcla continua, el principal objetivo consiste en mantener en un estado de

mezcla completa el contenido del reactor o del tanque de retención. El mezclado continuo puede

llevarse a cabo mediante diversos sistemas, entre los cuales se encuentran:

1. Los mezcladores mecánicos

2. Mecanismos neumáticos

3. Mezcladores estáticos

4. Por bombeo.

El mezclado mecánico se lleva a cabo mediante los mismos procedimientos y medios que el

mezclado mecánico rápido continuo. El mezclado neumático comporta la inyección de gases, que

constituye un factor importante en el diseño de los canales de aireación del tratamiento biológico

del agua residual. Un canal con pantallas deflectoras es un tipo de mezclador estático que se

emplea en el proceso de floculación.

Agitadores de paletas.

Los agitadores de paletas suelen girar lentamente puesto que tienen una superficie grande

de acción sobre el fluido. Los agitadores de paletas se emplean como elementos de floculación

cuando deben añadir-se al agua residual, o a los fangos, coagulantes como el sulfato férrico o de

aluminio, o adyuvantes a la coagulación como los polielectrolitos y la cal.

La coagulación se promueve, mecánicamente, con una agitación moderada con palas

girando a velocidades bajas. Esta acción se complementa, en ocasiones, con la disposición de

unas hojas o láminas estáticas entre las palas giratorias para reducir el movimiento circular de la

masa de agua y favorecer así el mezclado. El aumento del contacto entre partículas conduce a un

incremento del tamaño del flóculo, pero una agitación demasiado vigorosa puede producir

tensiones que destruyan los flóculos formando partículas de menor tamaño. Es importante

controlar adecuadamente la agitación, de modo que los tamaños de los flóculos sean los

adecuados y sedimenten rápidamente. La producción de un buen flóculo requiere generalmente

un tiempo de detención de entre 10 y 30 minutos.

Los fabricantes de equipos han llevado a cabo numerosos estudios para obtener las

configuraciones idóneas de las dimensiones de las paletas, separación entre ellas y velocidad de

rotación. Se ha podido constatar que una velocidad lineal de, aproximadamente, 0,6 a 0,9 m/s en

los extremos de las paletas crea suficiente turbulencia sin romper los flóculos.

Procesos Químicos para el Tratamiento de las Aguas.

Cloración

El método de cloración es el más utilizado, pero como el cloro reacciona con la materia

orgánica en las aguas de desecho y en el agua superficial produce pequeñas cantidades de

hidrocarburos cancerígenos. Otros desinfectantes como el ozono, el peróxido de hidrógeno (agua

oxigenada) y luz ultravioleta empiezan a ser empleados en algunos lugares, pero son más

costosos que el de cloración.

El proceso más utilizado para la desinfección del agua es la cloración porque se puede

aplicar a grandes cantidades de agua y es relativamente barato. El cloro proporciona al agua sabor

desagradable en concentraciones mayores de 0.2 ppm aunque elimina otros sabores y olores

desagradables que le proporcionan diferentes materiales que se encuentran en el agua. Aunque el

cloro elemental o en forma atómica se puede usar para la desinfección del agua, son más

utilizados algunos de los compuestos de cloro como el ácido hipocloroso, el hipoclorito de sodio,

el hipoclorito de calcio y el peróxido de cloro.

Algunas de las reacciones químicas que ocurren entre compuestos de cloro y el agua se

representan en las ecuaciones químicas siguientes:

Hidrólisis del cloro: Cl2 + 2 H2O -----> HCl + H3O1+ + Cl1-

Disociación del ácido hipocloroso: HClO + H2O ----> H3O1+ + ClO1-

Acidificación del hipoclorito de sodio: NaClO + H1+ ----> Na1+ + HClO

El cloro puede formar con el amoníaco las cloraminas que también tienen acción desinfectante.

El peróxido de cloro también es capaz de oxidar a los fenoles.

El cloro tiene una acción tóxica sobre los microorganismos y actúa como oxidante sobre la

materia orgánica no degradada y sobre algunos minerales. El cloro no esteriliza porque aunque

destruye microorganismos patógenos no lo hace con los saprofitos.

Clarificación

Clarificación: es un proceso preliminar de tratamiento, por el cual se remueven partículas

suspendidas del agua turbia para hacerla clara. Al adicionar sustancias químicas o naturales al

agua turbia se logra que algunas partículas suspendidas se precipiten al fondo del recipiente

dejando una capa de agua más clara arriba y una capa de sedimentos (lodo), en el fondo. Estos

sedimentos deberán desecharse.

Clarificación del agua con alumbre

El alumbre es un compuesto químico, su presentación es en forma de cristales de color

blanco, y utilizada en dosis adecuadas no afecta la salud de las personas. Dependiendo del grado

de turbiedad del agua, permite la sedimentación de las partículas suspendidas en el fondo del

recipiente. Este producto no es muy costoso y se encuentra fácilmente en las droguerías y tiendas

que vendan productos químicos (su venta es libre en el comercio).

El agua clarificada por este método se utiliza para preparar el agua muy turbia, a los siguientes

procesos de filtración y desinfección, por tanto no se considera apta para consumo humano por sí

sola.

2.3 SISTEMA DE VARIABLES

2.3.1 DEFINICION CONCEPTUAL

Contaminación de las aguas.

Según el Artículo 85 de la Ley General de Aguas (1985), “la acción y el efecto de

introducir materias o formas de energía o inducir condiciones en el agua que, de modo directo o

indirecto, impliquen una alteración perjudicial de su calidad en relación con los usos posteriores o

con su función ecológica”.

Procesos Físicos.

Hollis, MD. (1989). Procesos mediante los cuales las impurezas se separan del agua sin

producirse cambios en la composición de sustancias. Fundamentalmente, para llevar a cabo la

separación del residuo en sus fases o en sus componentes y la concentración de las sustancias

responsables de su peligrosidad. Las operaciones de separación, bien por procedimientos

mecánicos forzados, como por ejemplo las filtraciones de todos los tipos o la centrifugación, bien

por procedimientos hidráulicos como puede ser la decantación.

Procesos Químicos.

Según Wolman, A. (1971). Los tratamientos químicos, comprenden distintas reacciones

estequiométricas que entran en juego en cada una de las operaciones químicas. Las reacciones

son particulares de cada operación, lo que caracteriza cada tipo de tratamiento químico. Existe

una gran variedad de procesos químicos aplicables al tratamiento de los residuos pero, en líneas

generales, los podemos clasificar en dos grandes categorías: los que destruyen los residuos y los

que tan solo reducen la movilidad de los componentes tóxicos del residuo. Como ejemplo de los

primeros se puede citar la destrucción química de los cianuros, y entre los segundos, la

precipitación de metales pesados que los inmoviliza en forma de hidróxidos. En líneas generales,

los tratamientos químicos producen una modificación de la estructura molecular de los

componentes peligrosos de los residuos, transformando estos componentes en otros que tienen

características distintas, en general menos contaminantes. En algunos casos esta transformación

es irreversible pero en otros pueden reproducirse las características de peligrosidad si se alteran

las condiciones externas.

2.3.2 DEFINICIÓN OPERACIONAL

La variable objeto de estudio, “Procesos Fisico-quimicos para el tratamiento de las agua

del Lago de Maracaibo”, se medirá a través:

- El grado de contaminación; (Métodos ecológicos, fisiológicos y bioquímicos; además de

la Biocumulación).

- Los procesos físicos, tales como: La sedimentación y El mezclado.

- Los procesos químicos, como lo son: La cloración y La clarificación.

2.3.3 TABLA OPERACIONAL DE LAS VARIABLES

Objetivo Especifico Variable Dimensiones Indicadores

-Determinar el grado de contaminación.

-Procesos físico-químicos, para el tratamiento de las

aguas en el Lago de Maracaibo.

-Grado de contaminación

Métodos Ecológicos

Métodos Fisiológicos y Bioquímicos

Biocumulación

-Identifica losProcesos físicos, para el

tratamiento de las aguas del Lago de Maracaibo.

Procesos Físicos

La sedimentación

El mezclado

-Identificar los procesos químicos, para el tratamiento

de las aguas del Lago de Maracaibo.

Procesos Químicos La Cloración La Clarificación

Objetivo General: Evaluar la efectividad de los procesos físicos-químicos para el tratamiento de

las aguas del Lago de Maracaibo.

2.4 DEFINICIÓN DE TERMINOS BASICOS

Agua: El agua, líquido incoloro, inodoro e insípido, es una sustancia inorgánica que está

compuesta por dos moléculas de oxigeno y una molécula de hidrógeno. Está comprobado

científicamente, que solo podemos encontrar agua con esta composición en el laboratorio. En la

naturaleza está constituida, además, por diversas sales minerales, que le aportan las diversas

características organolépticas y terapéuticas que posee cada tipo de agua. Por la importancia que

tiene para la vida humana, es considerada esencial, hecho que le otorga el carácter de nutriente .

(Bregoña Orive, 2010)

Saneamiento: El saneamiento ambiental básico es el conjunto de acciones técnicas y

socioeconómicas de salud pública que tienen por objetivo alcanzar niveles crecientes de

salubridad ambiental. Comprende el manejo sanitario del agua potable, las aguas residuales y

excretas, los residuos sólidos y el comportamiento higiénico que reduce los riesgos para la salud

y previene la contaminación. Tiene por finalidad la promoción y el mejoramiento de condiciones

de vida urbana y rural. (Barden, M. 2009)

Proceso: conjunto de fases sucesivas de un fenómeno natural o de una operación artificial

(Cristina Gonzales, Espasa Calpe, S.A., Madrid, septiembre 2006 De esta Edición PMI 2009).

Técnica: conjunto de procedimientos o recursos de lo que se sirve una ciencia, un arte o un

oficio. (Cristina Gonzales, Espasa Calpe, S.A., Madrid, septiembre 2006 De esta Edición PMI

2009).

Filtración: Paso de algo, especialmente de un liquido, a través de las pequeñas aberturas o poros.

(Cristina Gonzales, Espasa Calpe, S.A., Madrid, septiembre 2006 De esta Edición PMI 2009).

Tratamiento: procedimiento empleado en una experiencia o en la elaboración de un producto.

(Cristina Gonzales, Espasa Calpe, S.A., Madrid, septiembre 2006 De esta Edición PMI 2009).

Capitulo III

Marco Metodológico

CAPITULO III

MARCO METODOLÓGICO

3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN

El tipo de investigación desarrollada es descriptiva pues se detalla a variable de estudio,

“procesos físico-químicos para el tratamiento de las aguas”, que en ella son considerados los

rasgos o características de mayor importancia en la investigación y la influencia que tuvo en el

proceso investigativo, además se estudiaron cada uno de los indicadores relacionados con las

variable. “La investigación descriptiva busca especificar las propiedades, las características y los

perfiles de personas, grupos, comunidades o cualquier otro fenómeno que se somete a un

análisis”. (Dranhke, 1989 cfr. por Hernández, et al 2003 p. 117.)

3.2 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN

La investigación desarrollada es no experimental, ya que se realizo sin manipular

deliberadamente la variable “Procesos Físico-químicos para el tratamiento de las aguas”. Es

decir, en la investigación no hacemos variar intencionalmente las variables independientes. Lo

que hicimos es observar fenómenos tal y como se dan en su contexto natural, para después

analizarlos. Como señala (Kerlinger, 1979, p. 116). “La investigación no experimental o expost-

facto es cualquier investigación en la que resulta imposible manipular variables o asignar

aleatoriamente a los sujetos o a las condiciones”. De hecho, no hay condiciones o estímulos a los

cuales se expongan los sujetos del estudio. Los sujetos son observados en su ambiente natural, en

su realidad.

3.3 POBLACIÓN Y MUESTRA

Población

La población es el conjunto total finito de elementos o unidades de observación que se

consideran como un estudio. Se define tradicionalmente la población como “el conjunto de todos

los individuos (objetos, personas, eventos, etc.) en los que se desea estudiar el fenómeno. Éstos

deben reunir las características de lo que es objeto de estudio” (Latorre, Rincón y Arnal, 2003).

La población seleccionada para el presente estudio está constituida por adultos, de edades

comprendidas entre los 22 y 65 años, habitantes del Sector Santa Rosa de Agua, ubicado en el

Municipio Maracaibo en la cual esta representado por una cantidad de 596 personas.

Muestra

La muestra es la que puede determinar la  problemática ya que les capaz de generar los

datos con los cuales se identifican las fallas dentro del proceso. Según Tamayo, T. Y Tamayo, M

(1997), afirma que la muestra ¨ es el grupo de individuos que se toma de la población, para

estudiar un fenómeno estadístico¨ (P38)

150

39

0

20

40

60

80

100

120

140

160

¿Conoce usted la problemática de contaminación en el

Lago de Maracaibo?

Si

No

La Muestra, es un sector de la población escogida para realizar la investigación, se tomo

un total de 190 personas.

3.4 TECNICA DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN

Para el desarrollo de esta investigación fue necesario utilizar herramientas que permitieron

recolectar el mayor número de información necesaria, con el fin de obtener un conocimiento más

amplio del desarrollo de la contaminación en el Lago para así, relacionarlo con el tratamiento a

aplicar. Se utilizo como técnica de recolección de datos una encuesta a los habitantes del sector

para saber el grado de contaminación que ellos consideran, así mismo su opinión acerca de la

aplicación de los tratamientos físico-químicos, los cuales son los que están involucrados y son los

indicados en ofrecer la información requerida para el estudio.

Resultados de las encuestas aplicada a los habitantes del Sector Santa Rosa de Agua, del

Municipio Maracaibo.

1. ¿Conoce usted la problemática de contaminación en el Lago de Maracaibo?

75

114

0

20

40

60

80

100

120

¿Es usted consiente de las medidas preventivaspara dicho problema?

Si

No

60

100

0

20

40

60

80

100

120

¿Sabe de alguna ley que proteja el ambiente?

Si

No

2. ¿Es usted consiente de las medidas preventivas para dicho problema?

3. ¿Sabe de alguna ley que proteja el ambiente?

46

107

36

0

20

40

60

80

100

120

¿Contribuye usted de alguna manera a la contaminación de las aguas del Lago de Maracaibo?

Siempre

A veces

Nunca

4. ¿Contribuye usted de alguna manera a la contaminación de las aguas del Lago de Maracaibo?

5. ¿Conoce los procesos Físico-químicos de tratamiento que se pueden aplicar al Lago de Maracaibo?

75

0

20

40

60

80

100

120

¿Conoce los procesos Físico-químicos de tratamiento que se pueden aplicar al Lago de

Maracaibo?e verian esos Fis

Si

No

109

80

0

20

40

60

80

100

120

¿Consideras que la aplicación de estos tratamientos, Pudiese actuar de manera efectiva en las aguas del LagoDe Maracaibo?

Si

No

6. Consideras que la aplicación de estos tratamiento, pudiesen actuar de manera efectiva en las aguas del Lago de Maracaibo?

120

3.5 ANÁLISIS DE LOS DATOS

Una vez aplicadas las encuestas y al obtener los resultados antes expuestos, podemos determinar que la mayoría de los habitantes del Sector Santa Rosa de Agua, tienen conocimiento de lo que es la problemática de contaminación que se presenta a sus alrededores en El Lago de Maracaibo. Al mismo tiempo es notable su falta de conocimiento de lo que son los procesos Físicos y Químicos aplicables a las aguas del Lago de Maracaibo, pero consideran que dichos procesos si podrían actuar de manera efectiva en las aguas, en vista a que con ello se verían ellos favorecidos ya que mejorarían su condición de habitantes en áreas adyacentes al Lago.